10.1002/bapi.200710026.abs

Zur Beschreibung von Wärme‐ und Feuchtetransportvorgängen gekoppelt mit Stofftransportprozessen in porösen Baustoffen ist ein Differentialgleichungssystem bestehend aus der Energieerhaltungsgleichung und den Massenerhaltungsgleichungen aller beteiligten Stoffe einschließlich des Wassers aufzulösen. Hierzu ist die Modellierung der stattfindenden Phasenumwandlungen der vorliegenden Stoffe und der chemischen Reaktionen der Porenlösung mit der Baustoffmatrix erforderlich. Zu unterscheiden sind dazu inerte, nicht reaktive Baustoffe und reaktionsfähige, zementgebundene Baustoffe. Für die numerische Simulation dieser Vorgänge bzw. die praktische Handhabbarkeit der Problemlösung wurde eine benutzerfreundliche Programmoberfläche AStra geschaffen, die neben dem eigentlichen Berechnungsmodul die benötigten Pre‐ und Postprocessing Möglichkeiten beinhaltet.

Für die Berechnung des zeitlichen Verlaufs eines lösenden oder treibenden Angriffs auf zementgebundene Baustoffe wird durch eine in Abhängigkeit der beteiligten Spezies geeignete Vorauswahl von ablaufenden Reaktionen der Rechenaufwand für die Vorhersage von Nichtgleichgewichtszuständen optimiert und damit die Möglichkeit geschaffen zeitliche Abhängigkeiten mit vertretbarem Berechnungsaufwand zu beschreiben. Zusätzlich können mechanische Beanspruchungen als Folge von Kristallisationsvorgängen zumindest qualitativ vorhergesagt werden. Im Folgenden werden eine Übersicht der implementierten Berechnungsmodelle sowie drei Anwendungsbeispiele von AStra vorgestellt.

Coupled heat and mass transfer simulation including corrosion in porous building materials with the program AStra.

For the description of corrosion processes of porous building materials, it is necessary to solve a system of coupled (non‐linear) differential equations, which consists of a conservation equation for the energy and one for the mass of each substance (including water and air), whose content may change within the simulated time period. Indeed, it must be distinguished between degradation of reactive and of inert materials. The computation program AStra simulates a coupled transport of heat, moisture, air and chemical substances in porous materials. AStra consists of a user interface for pre‐ and post‐processing and a computation module (solver), which contains the necessary algorithms to solve the system of coupled differential equations. Mathematical models for phase changes of salts and for chemical reactions between substances, including the components of the material matrix in case of cementitious materials, were developed. Furthermore, the computational cost for the prediction of the corrosion of cementitious materials was optimized by means of an adequate pre‐selection of chemical reactions. Thus, it is possible to simulate corrosion processes within justifiable simulation time. On the other hand, a simulation of the mechanical stress resulting from crystallization processes is possible. This paper presents some applications of the programs and a brief introduction into their theoretical basis.